A geotermikus hő alkalmazásának lehetőségei
a távhő-rendszerekben, különös tekintettel Baranya megyére.
Készítette: Dr. Göőz Lajos prof. emeritus
To use the geothermal energy in the district heating
2023. március 15.
Földünk a Naptól számított 3. bolygó, tömege 6 Kvadrillió kg, melynek 99%-a 1000ºC-nál magasabb hőmérsékletű, és csak 1%-a van 100ºC alatt.
A geotermikus energia a földhő energiája, a Föld belsejéből a felszín felé áramló hő, amely melegíti a kőzeteket és a kőzetek pórusait, repedéseit kitöltő folyadékokat, főként a vizet. Ennek mi a forrása? Elsősorban a radioaktív elemek (így az urán, rádium tórium és a kálium) bomlási hője. (A Föld legmélyebb fúrását orosz kutatók mélyítették le Kamcsatka félszigetén 12000 méter mély.) A folyamat jellemzéséhez csak egy példa: 1 gramm rádium óránként 140 kalória hőt termel. A radioaktív elemek koncentrációja összefügg a mélységi kőzetek ásványos összetételével és elhelyezkedésével. (gránit, bazalt stb.)
Napjainkban a megújuló energiák sorában a nap- és a szélenergiát ma már elég jól ismerjük. Kétségtelen, hogy jelentős tényezők az időjárás függő megújuló energiaforrások, de nem stabilak, nem lehet állandóan rá számítani - sajnos volt olyan időszak (pl.: éppen az elmúlt évben), hogy Németországban két hétig tulajdonképpen sem a szél, sem a nap nem biztosított értékelhető energiát, tekintettel a légköri viszonyokra. A megújuló energiák sorába sorolható geotermális hő is, de a földhő előnye, hogy nem időjárás függő. A földhő folyamatosan kinyerhető, megfelelő körülményeket teremtve akár 1000 évig is szolgáltat hőenergiát. Olaszországban több helyen is van szépen kialakított melegvíz-forrás, amit 2000 éve folyamatosan hasznosítanak. A földhő nem váltja ki a légkör felmelegedését, a légkörben alapvetően szennyeződést nem okoz, mint a fosszilis energiahordozók. Számos hazai példával is rendelkezünk, például a Budapesti Városligeti Szécsényi fürdő kútja, amit 1878-ban Zsigmondy Vilmos fúrt. A 970 méter mélységből feltárt termálkút vízhozama (1200m3/ nap), hőmérséklete (73,8 ºC) úgy a víz hozam, valamint a hőmérséklet 145 éve változatlan. (A szemben levő állatkert melegvíz igényét is ellátja.)
A földhő energiájának készlete, tartaléka és a rendelkezésre álló és mint hasznosítható energiaként (Professzor Ribach szerint) 50 000-szer nagyobb, mint a világ összes olaj- és földgázkészlete. (Professzor Ribach a Svájcban élő geofizikus, egyetemi tanár, kutatóintézeti igazgató, a geotermális energia világ szervezetének meghatározó személyisége magyar származású.)
Tehát, mint látjuk egy megbízható energiaforrásról van szó, ami – mint említettük – nem időjárásfüggő, és hosszú távra lehet a hasznosítást is tervezni. Ez a földhő természetesen változatosan jelenik meg a földtani felépítéstől függően, a hő a nyomás- és egyéb vízkészleteket jellemző kémiai összetétellel és egyéb sajátosságokkal.
Lefelé haladva - a Föld belsejébe átlagosan 33 méterenként a hőmérséklet emelkedik 1°C-al. Ezt geotermikus gradiensnek nevezik egy-egy adott mélységre vonatkozó hőmérsékleti értékeket így szoktuk kifejezni, de ez rendkívül nagy változatossággal jelentkezik. Ha csak a magyarországi, úgynevezett Pannon-medencére vonatkoztatjuk, a következőt találjuk. A legmélyebb fúrás a hódmezővásárhelyi Hód - I. számú fúrásban, közel 6000 méter mélységben, 200ºC-ot mértek, 900 atmoszféra nyomás mellett.
Azonban, ha pl.: Nyíregyháza környékén lefúrunk, nem a világátlag 33 méterének megfelelően, hanem 13 méterenként emelkedik 1ºC-kal a hőmérséklet. Azonban, ha nem messze – pl. az említett Nyíregyházától – keletre átmegyünk a Kárpátok hegyvidékén, az ukrajnai területekre, akkor már csak 52 méter után emelkedik 1ºC-kal a réteg hőmérséklet. Tehát, mint látható, a sajátos földtani felépítés következtében ilyen anomáliák jelentkeznek.
Magyarországon a 30ºC-nál magasabb felszíni hőmérsékletű vizek minősülnek termálvíznek. Ezeket a hőmérsékleti határokat, különböző országok, más- és más határértékekkel jelölnek. A magas határérték már eléri a 200ºC feletti hőmérsékleteket, mint pl. Fábiánsebestyénnél az Alföldön 210ºC-os hőmérsékleteket mértek. Itt már természetesen a termálvíz a felszínre lépve – a nyomáscsökkenés következtében – gőzként jelenik meg.
Tehát a hazai geotermális energia hasznosítási lehetőségeit ezek a hőmérsékleti intervallumok szabják meg. Mire lehet használni ezt a hőt? Lakások és közintézmények fűtésére, növényházak, fólia sátrak fűtésére, Terményszárításra, baromfinevelés, haltenyésztés, és mint legközismertebb hasznosítási lehetőség: a fürdők és gyógyászati célokra, valamint ivóvízként.
A Baranya megye helyzete – ha vizsgáljuk a geológiai viszonyokat és a kutakra jellemző vízhozamokat és a vízösszetételt - potenciálisan nagyon jó alkalmazási lehetőségeket adna a geotermikus energia különböző hasznosítási módjaira. A
90 ºC-os geo-izoterma a mélységtérképeken értékelve a megyének Horvátországgal határos, délkeleti részén (a határ közelében) található. Az 1. ábrán Baranya megye területén található kutak térképe látható. Ezek alapján látszik, melyik településen célszerű egyrészt a továbbfejlesztés, másrészt az új beruházáskénti alkalmazás, ezt a megfelelő megyei irányító szervek döntése alapján a legcélszerűbb meghozni.
- ábra Baranya megyei hévízkataszteri számmal rendelkező kutak eloszlása kifolyóvíz hőmérséklet alapján
A hőáramok, az úgynevezett hőfluxus-értékek mérése különböző kőzetek hővezető képességét adja meg, és ennek alapján készülnek az úgynevezett hőáram-térképek. A Föld különböző adottságú területein, ezek a geotermikus paraméterek nagyban különbözhetnek. Már néhány 100 km-en belül is (főleg, ahol tektonikai törésrendszerek vannak) nagy különbségeket lehet kimutatni. Ezek a törésvonalak mentén jelentkező forró pontok kedvezőek a geotermikus energia feltárására. Természetesen egyéb tényezők is szerepet játszanak.
A Kárpát-medence, vagy ahogy mi nevezzük, Pannon-medence nem tartozik az aktív vulkáni, tektonikai területekhez, – kis entalpiájú, vagy passzív geotermikus energia-előfordulási zóna a jellemző. (A fábiánsebestyéni, IV. számú mélyfúrás kitörésénél 210ºC-os gőzkitörés történt (mint már említettük), és 4200 méter mélységből nátriumkloridos víz sótartalma 27,2 gr/liter volt.)
Az Alföldön a közel felszíni rétegek ivóvíz-kútjai a szennyeződések miatt sok gondot okoztak az elmúlt évszázad során, ezért úgynevezett artézi kutakat létesítettek. A tulajdonképpeni intenzívebb hasznosítása a mélységi ivóvíznek 1886 óta folyik. Területünkön már a rómaiak (tehát 2000 évvel ezelőtt) számos fürdőt építettek. Egyedül Budán, az egykori Aquincum területén 8 fürdőt, különböző langyos- és melegfürdőket, hidegfürdőket is, sőt, izzasztó kamrákat is létesítettek.
A 150 éves török megszállás alatt egy sajátos – a törökök által évezredek óta ismert – fürdőkultúra alakult ki, amit bizonyítanak a ma is még, némelyik teljes épségben szolgáló fürdők Budán. Ezek sokkal víztakarékosabbak.
A mélyfúrású kutak tehát feltárják azokat a nagyobb mélységben elhelyezkedő, sokszor évmilliók alatt felhalmozódott vizeket, amelyek között sok, sajátos kémiai, vegyi felépítéssel található meg.
Az éves víztermelés így a Pannon-medencében különböző rezervoárokból, különböző víztároló rétegekből 80 millió m3, a triász karbonátos mészkő-rétegekből pedig 25 millió m3 kerül a felszínre évente. Ez azt is jelenti, hogy a víztermeléssel az adott lehetőségek és készletek függvényében nagyon gondosan, műszakilag, geológiailag, hidrológiai szempontokat is minden vonatkozásban figyelembe véve szabad csak termelni. Tönkre tehetünk egy vízben gazdag rétegeket ha gondos tervezést mellőzve kezdjük letermelni. Ezzel már céloztam arra, hogy a vízhasznosítás- és a vízkivétel tekintetében olyan rétegeket optimális csak megnyitni, ahol a felhasznált és kitermelt vizet a baktériummentes, csak a hőjét alkalmazó módszereket felhasználva lehet és ésszerű kitermelni. Ezért napjainkban szigorú környezetvédelmi törvények alapján, hasznosíthatjuk ezt a rendkívül értékes vízkészletet.
A balneológiai és mezőgazdasági nagy vízmennyiséget igénylő rendszerektől függetlenül most csak a távhő szolgáltatásban való alkalmazási lehetőségeket vizsgáljuk meg.
Dániában láttam azt a rendszert, amelyik 90 éve létesült távhő-rendszer egy dániai kisvárosban. 90 éve alakult rendszer a mai nap is kitűnően működik.
A távhő-ellátó rendszerek igen bonyolult technológiával valósíthatók meg, és ez jellemző nem csak a vízkészletekre hanem a különböző hasznosítási lehetőségekre is. A távhő-rendszerek a közmű-hálózatok közül egyik legbonyolultabb technológiájú. De igen jelentős fejlődésen megy át egész Európában. Említettük már, hogy közel 100 éves rendszer is működik Dániában, nem is beszélve Izlandról. Vulkáni kifejlődésű geológiai szerkezetekkel összefüggésben hasonló található Olaszországban.
A távhő beruházás és üzemeltetés is, költséges- és eszközigényes. De igen jelentős haszna is van különösen, ha olcsó energiaforrás áll rendelkezésre a rendszer működéséhez. Általában egész Európában és Magyarországon is a földgáz játszik ebben döntő szerepet. A hazai távhő-rendszerekben is nagyon kevés az olyan rendszer ami a használat során nagyobb részt geotermikus hőt alkalmaz.
A távhőnek nagy előnye például, hogy nem kell az épületekre kéményt építeni, nincs helyi levegőszennyezés. A felhasznált energia pedig a jellegét tekintve nagyon változatos. Biomasszát is lehet használni, de nagyon gondos előre tervezést, beszállítást, tisztítást és a biztos üzem számára szükséges egyéb megoldásokat kell figyelembe venni.
Baranya megye geotermikus viszonyait értékelve megállapítható, hogy geotermikus energia feltárására igen kedvezőek a lehetőségek. A Mecsek, a Villányi-hegység, a Zselici- és Geresdi-dombság a felszín fő jellemzője, és nagyon kedvező a Mecsek hegység keleti- és nyugati területein megtalálható karsztos területek (dolina-sorok, barlangok, fennsíkok, karsztforrások és egyéb formák) jellemzik a felszíni felépítést. Ugyanakkor a geológiai viszonyok is e tekintetben nagyon kedvezőek, hiszen például a harkányi termálvizeket már 1823-tól ismerjük, hiszen akkor a Batthyány-uradalom csatornázási munkáinál felfakadtak nagyon közel a felszínhez termálvíz-források. Mivel nem tudták elkülöníteni a talajvíztől, ezért a tulajdonos artézi kutak fúrásával bízta meg Zsigmondy Vilmost. (Akkor, amikor Amerikában még csak 25-30 méteres fúrással tárták fel az olajat, ő majdnem 1000 méterre tudott fúrni)
A csatornázási munkán dolgozó munkások – főleg alföldi kubikusok – hamar rájöttek, hogy a mocsárban, ahol a csatornát ásták, felfakadó víz milyen óriási gyógyhatással rendelkezik. Ezt követően 1887-ben újabb kutakat fúrtak, és sikeresen használták, és a mai napig is használják a rheumatologikus, csúzos bántalmak gyógyítására. Tehát Baranyának ez a déli, délkeleti, délnyugati részén a későbbiek során feltártak még 100ºC fölötti hőmérsékletű termálvizet is. 66 kúttal rendelkezik jelenleg Baranya megye, (Hévíz kataszteri számmal rendelkező kutakról van szó a mellékletben). Ebből a szentlőrinci kifolyó víz 1821 méter mélységből a legmelegebb. 70ºC-os hőmérsékletet is négy kút adja, és 60ºC-os kifolyó vízzel 13 kút rendelkezik. Többsége balneológiai célra hasznosul.
A legkorszerűbb távfűtő-rendszer is kialakult, Szentlőrincen működik, ahol 3000 lakást és közintézményt lát el energiával egy nagy hozamú, magas hőmérsékletű rendszerről van szó. Szentlőrincen is már a rendeletnek megfelelően visszasajtolást is alkalmaznak. Bóly községben jelentős szintén a geotermikus fűtőrendszer, 70ºC-ot meghaladja a kútfej hőmérsékletén, a termelés-visszasajtoló kutakra alapozva. Nagyon eredményes tehát a geotermikus energiahasznosítási megoldás a megyében. Még meg kell említenünk a szigetvári, termálvízzel működő üvegház-rendszert is, aminek a területe meghaladja 30 000 m2-t.
A kilátások tehát – ha vizsgáljuk a geológiai viszonyokat és a kutakra jellemző vízhozamokat, a vízösszetételt és a hozamokat, megállapítható, hogy a megye potenciálisan nagyon jó alkalmazási lehetőségeket adna a geotermikus energia különböző hasznosítási módjaira. A
90ºC-os geo-izoterma a mélységtérképeken értékelve a megyének Horvátországgal határos, délkeleti részén (a határ közelében) található. Azonban a geofizikai kutatások során a szénhidrogén-kutatás is előtérbe került, ez azonban nem járt eredménnyel. (Meddő szénhidrogén-kutakról). Ilyen kút például a Dob-1-es kút, ami közel 3000 méter mélyen került fúrásra.
Meg kell még említenünk, hogy a karsztos mészkő-rögök Harkányban található rétegeiben tárolt termálvízhez hasonló víztárolók még vannak, de kisebb méretűek. Ilyen Siklósnál is, Beremendnél is, Büdöstapolcán, Kistapolcán is. Ezek kisebb méretű, önálló víztárolók, inkább langyos vízzel jellemezhetők.
Meg kell még említeni a földtani viszonyok elemzése során a kihozatali tényezőt, pontosabban a gazdaságosan kitermelhető hévíz-készletek mennyiségének a meghatározását. Ez bonyolult, és sok fúrással igazolható, valamint nagyon fontos, geofizikai mérőhálózat kialakításával oldható meg, és különböző földtani felépítés függvényében pl. a Dunántúlra a mezozoos-karbonátos tárolók csoportjai a jellemzők. Az egyik típus, ami jobban feltárt és ismert, a beszivárgó csapadék-víz. Ez a víz a mélybe áramlik, felmelegszik, és hőforrás formájában ismét a felszínre bukkan. Ezek sajnos nem túl magas hőmérsékletűek, a leszálló hideg- és melegvíz mélységi vizek, keveredése révén.
A Délnyugat-dunántúli és a délalföldi középkori mezozoos tárolók nagy része elszigetelt, nincs kapcsolata a nyílt, karsztos területekkel. Ezek már magasabb hőmérsékletűek, de, nagy túlnyomásos tárolók is besorolhatók ebbe, sajnos a nem éppen gazdaságosan kitermelhető készleteket képeznek.
Az egyszerű hévíz-termelési technológia a szabad kifolyással történő hévíz-termelés. Itt kompresszorozással vagy szivattyúzással a kút beindítását elvégzi, tehát külső energiát kell használni, és amikor a termelő csövet hosszában, a forróvíz tölti ki, ennek kisebb sűrűsége a rezervoár nyomásánál kisebb, hidrosztatikus nyomást ad a kúttalpon.
A gazdaságosan kitermelhető hévíz-készletek meghatározására számos módszert ismerünk. Ezzel most nem kívánunk foglalkozni. A legértékesebb – ebben a tekintetben – a laza homokos, homokköves üledékrétegek, amelyek főleg tartalmazzák ezt az energiakészletet.
A földtörténeti középkorból származó mezozoos-karbonátos tárolók egyik típusa a csapadékvíz mélybe áramolva felmelegszik, és mint hőforrás feltárható. Ezek általában nem túl magas hőmérsékletűek. Ugyanakkor a Délnyugat-dunántúli (ahova tartozik Baranya megye egy része is) valamint a Dél-alföldi tározók, amik szintén mezozoos-eredetűek, gyakran elszigetelt kapcsolat, nyílt karcos területekkel nem kapcsolatban lévő tározók már magasabb hőmérsékletűek. A nagy túlnyomású, magas hőmérsékletű Fábiánsebestyén, nagyszénási tározót nem számíthatjuk a gazdaságosan kitermelhető készletek sorába.
Rövid földtani összefoglalást ismertetve: a variszkuszi hegységrendszer képződése során alakult ki a földtörténeti Ókorban és a Középkorban az alaphegység, ami gránitból, gneiszből illetve kristályos palákból áll a megye területén. Az ókori képződmények közül a mórágygeresdi rögvidék gránitja a jellemző. Ez a kristályos alaphegység később széttöredezett, és a kéregdarabokat tenger öntötte el. Ekkor képződött a jellegzetes és uránérc-kitermelés szempontjából jelentős permi vörös-homokkő rétegek üledékei.
A középkorban gyűrődött fel a Mecsek és a Villányi-hegység mészkő-tömege. A középkorban tehát pontosabban a közép-triászban főleg a Mecsek kagylós mészköve a jellemző, míg a Villányi-hegység anyaga dolomit. A Nyugati-Mecsek fő tömegét triász mészkövek alkotják. A Jura-időszakban tengeri eredetű képződmények, a mészkövek jellemzők. A Mecsekben a tűzköves mészkő és a Villányi-hegységben a vastagkvados rétegek jellemzők.
A miocén időszakban mozgalmas földtani folyamatok eredményezték az endogén-mozgásokkal jellemző vulkanizmust és tönkösödést. Ez változatos kőzetanyagot hozott a felszínre, főleg andezitet, helyenként riolitot és dácit-tufát. Később a fiatalabb szerkezeti mozgások következnek be, a Duna völgyét, a pannon végéig, a Száváig kiterjedő, kiédesedő beltenger töltötte ki.
A geotermális energia feltárásának lehetőségei meghatározzák a földtani képződmények állapota. A tároló kőzetek porozitása, a hőmérsékletek, a kőzet sűrűsége és a vízmennyiség, a víz fajhője. A termálvíz feltárásának lehetőségei közül a legközismertebb a szabad kifolyással termelő kút. Ez csak a tárolókból kitermelhető víz energia-tartalmát teszi lehetővé. Sokkal gazdaságosabb a búvárszivattyúval működő termelési rendszer. Ezt követően pedig a termelés visszasajtolásával kialakított termelő kút rendszere. Ez lényegesen gazdaságosabb és környezetvédelmi szempontból is előírt kitermelési rendszer.
A felhasználható és hozzáférhető gazdaságos hévíz-kitermelési készletek becslésére vonatkozóan többféle készletbecslés alakult ki. Ezek jellemzők, így a hozzáférhető készletek tekintetében, a Boldizsár, Bobok, Fancsik kutatócsoport véleménye: a felhasználható geotermikus készletben még a fent említett kutatókon kívül Rezessy Sándor és Hámor megállapításai, míg a gazdaságosan kitermelhető készletek, Bobok, Liebe, Robeler, Rezessy Szanyi, Hámor nevekkel jellemezhető kutatók véleménye került összehasonlításra. A megállapítások sokrétű szakirodalom alapján alakult ki, és a üledéksorokra vonatkozó számított értékek helyenként jelentős eltérést mutatnak.
Készletforrások kitermelésére vonatkozóan – mint már említettük – a Föld tömegének 99%-a 1000ºC-nál magasabb hőmérsékletű, és csak 0,1%-a van 100ºC alatti hőmérsékleten. A Föld teljes, tehát globális hőkiáramlása 40 millió MW (a teljes hőtartalom közel 1031J). Tehát ez a hőmennyiség – összevetve a világ jelenlegi energiaellátásával, ami 2000-ben 400 EJ volt – ellátására évmilliókra biztosítja a hőt, és ez a természetes radioaktivitással összefügg. Ribach professzor számításai 2000-ből származnak. Tehát a készletforrások nagyon hosszú időre biztosítottak. (Ribach professzor cikke: International Journal of Terrestrial Heat Flow and Applied Geothermics VOL. 4. NO. 1. (2021), P. 15-25.) Tehát a készletforrások nagyon hosszú időre biztosítva vannak.
Ugyan itt Ribach professzor kitér „hőbányászat” kifejezés helytelenségére. Ezt akkor alkalmazzuk, ha például réz vagy más ásványtelep kibányászása során felszínre hozzuk az ércet vagy az egyéb terméket, és nem történik ebben az esetben ennek a pótlása, végleg bezár a bánya. Azonban a geotermális hőforrások esetében nem ez történik. A hő- és a folyadék esetében a kitermelésnél mindez visszaáramlik. Tehát kialakul egy erős hőmérsékleti- és nyomásgradiens folyamatával összefüggésben egy feltöltődés, a folyadék-visszaáramlás lehet helyenként nagyon magas hőértékű, amit különböző időskálával jellemezhetünk. Ez függ a kihasználás, a kitermelés mértékétől, valamint a kút karaszteriktikájától illetve a geológiai viszonyoktól.
E vonatkozásban Ribach professzor több tanulmányában is feltárja azokat a kísérleteket, és igazolja (amelyek Svájc különböző területein már évtizedes megfigyelés alatt tapasztalatával lett igazolva), kimutatja ennek a regenerációnak a teljes folyamatát. Időnehézségek miatt ezt nem áll módunkban most itt tárgyalni, hiszen a felkérés egy általános ismertetésre vonatkozik, elsősorban a megye területére vonatkozó lehetőségek értékelésével.
Ezzel összefüggésben meg kell említenünk azt a kifejezést, hogy „ez az energia kifogyhatatlan”! Ezt hasonlóan értékelik mint a napenergiát és a biomasszát. Ez a definíció ez kompromisszumokkal teli, a geotermális források kitermelése és termelésmódja az energiafenntartás hosszú távú biztosítása az alacsonyabb szintű termelési volumen betartását követeli meg. Ennek adja a definícióját Axel Shon 2001-ben. Idézem, ami fontos a jövő szempontjából: „Minden egyes geotermikus rendszer a termelés egy meghatározott maximum érték betartásával valósítható meg optimálisan. Ha ezt figyelembe vesszük, akkor 100-300 évig is folytatható a termelés.
Tehát a definíció – a várható, időbeni változások figyelembevételével – a teljes termelési folyamatra alkalmazható. Az életben tartás megőrzését, a „Sustain” és a „Renewable” kifogyhatatlanság fogalmát gyakran összekeverik. Ezért kellett ezzel bővebben is foglalkozni.
Az intenzív termelés hatására a csökkenő víz-utánpótlódás az alapkőzetet, annak anyagát, állékonyságát, szerkezetét nagymértékben megváltoztatja. A kitermelés ebben a közegben nagy átalakulást eredményez. A kiaknázás illetve a termelés szükségessé teszi a vízbe sajtolást (magas hőmérsékletű gőz vagy víz, hidrotermális rétegvíz), ami segít a nyomás fenntarthatóságában. A geotermális üzemi termelés gyakran igényli a víz- és a hőtermelés növelését, a rezervoár kimerülésének védelmében.
Számos példával figyelmeztetnek erre a folyamatra például az USA-ban is a gejzírek gőzmezőinek a kitermelésével összefüggésben. (A kaliforniai gejzírekkel összefüggésben az egyik gejzír-kőzetben kb. 50 km-es távolságból, csővezetéken tiszta vizet sajtoltak be 1998 januártól kezdődően a gejzírbe. Ennek segítségével érdekes tapasztalat alakult ki: sikerült lényegében a gejzír termelését – ily módon – stabilizálni. Tehát a csökkenő majd a stabilizálódó termelést igazolni.)
Tehát a besajtolással és még egyéb számos beavatkozásokkal a kutak nyomás-termelés jellegét stb. a hasznosítás függvényében képesek vagyunk befolyásolni.
A napjainkban alkalmazott termelési sémák – a hagyományostól eltérően – lehetnek hőtermelés hőszivattyúval, hidrotermális felhasználás kettős hasznosítással (idetartozik a távfűtés is), majd a magas hőmérséklet esetén esetleg villamos-áram termelés, ezen kívül a termelés növelés-javítás kapcsolódva a kút regenerációjához (víztisztítás, tárolóréteg-kezelés, iszapjavítás stb.).
A geotermális izotermák általában a felszínnel párhuzamosan helyezkednek el. Azonban egy fúrásnál vizsgálva például a hőtermelés hatására ez deformálódik. Nevezetesen a kitermelés során egy hő- és folyadéktároló képződik a kút környezetében, a mélység függvényében is, amely körül egy erős hőmérsékleti- és nyomás-gradiens jellemző (mint már említettük). Ennek a forrásnak a regenerálódása, megújulása a folyadék- és a hőtartalom tekintetében különböző időskálával jellemezhető. Ezeknek az időskáláknak a bemutatását a svájci kísérletek imponáló módon, évtizedes intervallumokban igazolja. Ez tehát függ a kihasználástól, a kitermelés mértékétől és – mint említettük már – a kút karakterisztikájától, illetve a geológiai viszonyoktól.
A geotermikus hőforrás felhasználása tulajdonképpen a folyadék kitermelésével, és annak hőtartamának a kinyerésével történik. Itt – ha az egyensúly, a felszíni kitermelés és a folyadék/hő mélységi utánpótlása között történik – tekinthető megújuló erőforrásnak is. Ez azt jelenti, hogy nem termel többet, mint a természetes után pótlódás (Stefansson 2000). Az ilyen termelési arányok azonban nagyon korlátozottak, és nem mindig gazdaságosak. Ha az intenzív kitermelés meghaladja az újra termelődést, ez az erőforrás kimerüléséhez vezet. Miközben az alapkőzetekben tárolt hő nagy része helyben marad. Ezt a nagy entalpiájú gőz vagy egyéb víztározókban, hidrotermális víztartó rétegekben, visszasajtolással párhuzamosan – ahol a folyadéktartalmat pótolják – és a víztartó rétegek nyomásának fenntartását is ilyen módon visszaállíthatóvá teszik, tehát a hidegen injektált víz hőkimerülést okoz a tározó egyes, egyre növekvő területén. Ezért a geotermikus erőforrásokat gyakran kényszertermelésbe, a tározófolyadékot, mint hőhordozót veszik számításba, elsősorban gazdasági célok elérése érdekében, valamint a beruházás gyors megtérülése érdekében. Ily módon kimeríthetjük a tározót. Számos példa van erre – mint említettük már – az amerikai gejzírrel kapcsolatos kísérleteket. Az újra injektálás megállíthatja a termelés csökkenését, és többé-kevésbé stabilizálja a termelést.
A geotermális vízadó rétegek termelése során, ha szüneteltetjük a termelést, akkor a hőtermelés után egy hidraulikus hűtőbordákat képezünk a víztartó rétegekben. Ez nyomás- és hőmérsékletgradiens változásokat eredményez, visszaáll az eredeti állapot, és ebben az esetben – kicsit furcsán hangzik – de ugyan úgy termelődik minden, mint a biomassza termelésnél, tehát újratermelődési folyamat állhat be. Tehát a hőkivonás leállítása után megkezdődik a réteghőmérséklet helyreállítása, és a fúrólyuk közelében a hőcserélő körüli izotermák lehúzódnak az üzemelés első néhány évre jellemző módon.
Ez a fúrólyukas hőcserélő rendszereknél 30 éves üzemelés után szokott bekövetkezni. A talajhőmérséklet hasonló viselkedést mutat, az első években a hőmérséklet visszaállás gyors, de a visszaállítási idő növekedésével asszintotikusan nulla felé tart. Tehát majdnem teljes helyreállítási folyamat eléréséhez szükséges idő attól függ, hogy a fúrólyukas hőcserélők mennyi ideig működnek. A visszaállítási időtartama nagyjából megfelel a működési időtartamnak. Legalábbis a kísérletek (Ribach és Euster) szerint.
A geotermális erőforrások regenerálódása olyan folyamat, ami függ a termelési rendszer technológiájától, méretétől, a kitermelés sebességétől és egyéb helyi feltételektől. Általában a termelés egy bizonyos ideig tart. A termelés leállása után ez az erőforrás ilyen formában regenerálódik.
Svájcban a Bázel melletti Liehen városban kialakítottak egy geotermikus alapú távfűtési rendszert. A szükséges energia 50%-át a geotermikus, úgynevezett duplaüzem fedezi. A termelőkút 1500 méter, a visszasajtoló kút tőle 1 km távolságban van. A folyadékot a triász mészkő víztartó rétegből biztosítják. Az áramlási sebesség 10 liter/sec, 62ºC-ra állították be. A geotermikus energia betáplálását és felhasználását a hőszivattyú alkalmazásával 1994-ben kezdték, és 1998 óta a szomszédos Németországból táplálják be a vizet. Ehhez a rendszerhez elengedhetetlen, hogy a hőcserélő a 72ºC-os hőmérsékletet biztosítsák, jelentős leállás nélkül. Kb. 30 évig működő rendszerről van szó, ezt a számítások is igazolják.
Mint már a bevezetőben megállapítottuk, hogy a településeket kiszolgáló közmű-rendszerek közül a távhő megoldás az egyik leggazdaságosabb és elvileg legolcsóbb megoldás, ha geotermális energiaforrásokkal párhuzamosan vagy kizárólagosan alkalmazzuk a rendszert.
Baranya megyében már jó példák vannak, de ez mindig a különböző tényezők, helyi adottságok függvénye, hogy milyen gazdaságosan lehet alkalmazni. Jó például szolgálhat – gyakorlat szempontjából – Veresegyházon történt beruházás, amit a budapesti Porció Kft. fejlesztett ki. Sok, véletlen adottságok kíséretében, hiszen eredetileg csak vizet akartak termelni, később a nagyobb készletű geotermális rétegeket nyitották meg, ami már a 65,5ºC-os hőmérsékletet biztosítja.
Egy terület beépítettsége a csővezetékek minél optimálisabb elhelyezése szempontjából nagyon fontos, de nyilvánvaló, hogy a geotermális energia feltárásával indul meg a beruházási folyamat. Ha úgy tűnik, hogy megfelelő vízmennyiséggel rendelkezünk az adott területen, valamit a hőmérsékleti adottságok is kedvezőek, és van fogadókészség a településen, meg lehet kezdeni a távhő-rendszer optimális kialakítását, tervezését. Nyilvánvaló, hogy minden város- vagy település költségvetésében nagy gondot okoz napjainkban a közintézmények hőellátása, tehát a fűtés és a melegvíz-ellátás biztosítása. Ezt követően fel kell mérni a lakossági igényt is. Hogyha a beépítettség nagyobb mértékű, tehát nem egyedi, földszintes házakból álló fogyasztókra lehet építeni, hanem ha legalább több emeletes épülettel is rendelkezik a település, akkor lehet a gazdaságos rendszert megtervezni és a forrásokat is ilyen irányba terelni.
A meglévő kutak akármilyen hasznosításúak is, ha csak balneológiai célú fúrásokról van szó, akkor is célszerű megvizsgálni, hogy ki lehet-e terjeszteni a távfűtési rendszert nagyobb területre, ha ezt a vízigény is fedezni tudja. Ezen kívül pedig a hasznosítás gazdaságosságát kiszámolva lehet kialakítani a távfűtő-rendszer beruházásait.
Azt, hogy ez a geotermális víz és a hőtartalmának kifejlődése a rezervoár függvényében mikor éri el a gazdaságtalanság határát, nagyon nehéz megmondani, erre vonatkozóan méréseket szoktak végezni különböző intervallumokra vonatkozóan.
A törvényszerűségeket – ami felmerül a közmű kiépítésével kapcsolatban – mint említettük, a célszerű felhasználást és a felhasználók költségeit figyelembe venni. Valamint nagyon fontos a víz összetételének a függvénye is meghatározó jellegű. Erre sok hazai példa van, amikor a Margit-szigeti hőforrásoknak a vízével kívánták az úgynevezett „háromcsapos fürdőszobák” kialakítását egy igen fejlett budapesti (Margit-szigettel párhuzamos) kerületben megvalósítani. Ez a háromcsapos: egy csap gyógyvíz, egy csap hidegvíz és egy csap melegvíz-ellátás biztosítása volt a cél. Sajnos nem történt meg az, hogy ezeket – mielőtt a radiátorokban hasznosítjuk – olyan állapotba hozzuk a vizet, hogy ez a gazdag ásványi-anyag lerakódással ne menjen tönkre néhány év alatt. Tehát hőcserélőket kell biztosítani.
A termálvíz hőmérsékletének viszonyait is tisztázni kell. Lehetséges, és nem jelent túl nagy kiadást, ha bizonyos, nagyobb százalékát fedezi a termálvíz a felhasznált, távhőben alkalmazott víznek. Hogyha 50%-ot meghaladja, akkor esetleg ki kell egészíteni a víz hőmérsékletét esetleg más, rákapcsolódó gázenergiával is. Tehát a gázfűtést is esetleg a kút hidrogeológiai viszonyainak függvényében kell tervezni vagy összekapcsolni. A csőrendszerre vonatkozóan a számítások nagyon optimális rendszerét kell kialakítani, és úgy megtervezni, hogy a visszasajtoló kutat (ami 1992 óta kötelező) kell kialakítani, figyelembe venni a csőhálózat kiépítésénél.
Fel kell mérni azt, hogy az óvodák, bölcsődék, városháza, üvegházak kialakítása, nagyobb iparvállalatok igényeinek a fedezése lehetővé tegye a minél szélesebb és gazdaságosabb megoldási formákat.
Ha koncentráltan sok fogyasztó van, abban az esetben a távfűtési rendszer költségei csökkenthetők. A kutak vízhozamát mérve fel kell mérni a fejlesztési távlati lehetőségeket is.
Meg kell még jegyeznünk azt is, hogy a jelenleg működő, és már kialakított, évek óta működő távfűtési rendszerek még az olcsó gázárak világában került kialakításra. Azóta az emelkedő gázárak következtében tehát egyre gazdaságosabbnak tűnik a távfűtési rendszerekben a geotermikus hő alkalmazása.
Néhány összefoglaló következtetést a témánkról a mellékelt táblázatban mutatjuk be.
1. sz. melléklet
Magyarország távhőszolgáltatásának múltja és jelene, távhő rendeletek, szabályozások és törvények
Az 1990-2004
- Állami tulajdonban lévő vállalatok szétválasztása állami és önkormányzati vagyonra
- Az MVMT irányításában lévő Kapcsolt energia-termelők átalakítása részvénytársaságokká
- A nagy erőművek önálló részvénytársaságok
- A kiserőművek helyei áramszolgáltatói részvénytársaságok részeként, később Kft-ként
- A távhőszolgáltatók városi önkormányzatok tulajdonában, vagyon megosztás, külön társaságok létrehozása
- Állami támogatás megszüntetése, áremelések, leválások, magas kintlévőség, finanszírozási nehézségek
- Energia ipar privatizációja, multinacionális cégek megjelenése
- 1990. Önkormányzatok létrehozása
- Önkormányzati távhő-rendeletek
- 1990. Ár-törvény megjelenése, távhőár megállapítójának kihirdetése
- 2003-ig Kiserőművek ármegállapítója a miniszter, utána a helyi önkormányzat
- Változó tömegáramú szabályozás bevezetése
- Fűtés és melegvíz mérés szerinti elszámolásának bevezetése
- Csökkenő teljesítmény igények, drasztikus HMV mennyiség csökkentése
- Kapcsolt energiatermelés támogatás bevezetése, KÁT mérlegkörök létrehozása
- Gázmotor tömeges telepítés, később gázturbinák telepítése
- EU jogharmonizáció, 2004. május 01. – EU-tagság
2. sz. melléklet
A Magyar Energetikai és Közmű Szabályozási Hivatal felmérése alapján Baranya megyei hévízkataszteri számmal rendelkező kutak fontosabb adatai
